(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、表面を含む領域には、焼入処理された前記鋼がプラズマ窒化処理されて生成した窒素濃度が０．０５質量％以上である窒素富化層が形成されており、前記窒素富化層における炭素濃度と窒素濃度との合計値は０．５５質量％以上１．９質量％以下である軌道部材と、
前記軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置された複数の転動体と、
前記転動体を前記軌道上に保持する保持器とを備え、
前記軌道部材は、前記保持器と接触する軌道部材接触面を含み、
前記保持器は、前記軌道部材と接触する保持器接触面を含み、
前記軌道部材接触面および前記保持器接触面の少なくともいずれか一方を含む領域には、前記軌道部材を構成する材料とは異なる材料からなる焼付き防止層が配置されており、
前記窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、アスペクト比２以上、長さ７．５μｍ以上の鉄の窒化物の数が、一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個以下である、転がり軸受。
【請求項２】
前記焼付き防止層はＤＬＣからなる、請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記焼付き防止層は低動摩擦係数樹脂からなる、請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記低動摩擦係数樹脂は多孔質構造を有することにより、潤滑剤が含浸可能となっている、請求項３に記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記窒素富化層の厚みは０．０５ｍｍ以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項６】
前記窒素富化層は、８００ＨＶ以上の硬度を有している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記転動体は、セラミックスからなっている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項８】
ガスタービンエンジンの内部において、主軸または前記主軸の回転を受けて回転する部材である回転部材を、前記回転部材に隣接する部材に対して回転自在に支持する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に関し、より特定的には、焼付きの発生が抑制された転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、転がり軸受が使用される機械装置の高性能化、高効率化などの進行に伴い、転がり軸受に対しては、過酷な使用環境下における高い耐久性が求められる傾向にある。具体的には、内部に硬質の異物が侵入する異物混入環境において用いられる転がり軸受では、当該異物の噛み込みに起因して転がり軸受が早期に（軸受の計算寿命よりも短い運転時間で）損傷する場合がある。また、潤滑が不十分な環境下において使用される転がり軸受においては、焼付きが発生する場合がある。特に、転がり軸受を構成する保持器と当該保持器を案内する内輪または外輪などの軌道部材との間では焼付きが発生しやすい。さらに、転がり軸受が高温、たとえば２００℃を超える高温環境下で使用される場合、転がり軸受を構成する軌道部材や転動体などの部品の硬度が低下し、耐久性が低下する場合もある。
【０００３】
これに対し、軌道部材や転動体などの部品が鋼からなる場合、当該鋼に４質量％以上のクロムを添加して鋼の焼戻軟化抵抗を向上させることにより、高温での強度を向上させ、転がり軸受の高温環境下における耐久性を向上させることができる。また、軸受部品が炭素含有量０．１５質量％以下である鋼からなる場合、異物混入環境における耐久性を向上させるためには、軸受部品に対し、たとえば浸炭処理を行なうことにより表層部に他の領域に比べて炭素濃度の高い領域（浸炭層）を形成した上で、表層部に他の領域に比べて窒素濃度が高い層である窒素富化層を形成する処理、たとえば窒化処理を行なう対策を採用することができる。
【０００４】
ここで、クロム含有量の高い鋼、たとえば４質量％以上のクロムを含有する鋼からなる軸受部品においては、表層部に化学的に安定な酸化膜が形成される。そのため、通常の窒化処理を実施しても、表層部に窒素が侵入せず、窒素富化層が形成されないという問題が生じる。これに対し、プラズマ窒化処理を実施することにより、窒素富化層を形成する対策が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。そして、プラズマ窒化処理の制御については、たとえばグロー放電の分光分析に基づいて行なう方法や、被処理物を流れる電流の電流密度に基づいて行なう方法が提案されている（たとえば特許文献２および３参照）。これにより、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなる軸受部品の表層部に窒素富化層を形成することが可能となる。
【０００５】
また、耐焼付き性を向上させるために、転動体である玉を有機リン化合物中に浸漬し、表面に反応膜を形成する対策が提案されている（たとえば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平２−５７６７５号公報
【特許文献２】特開平７−１１８８２６号公報
【特許文献３】特開平９−３６４６号公報
【特許文献４】特開平９−１３３１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のようなプラズマ窒化処理を用いて、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなる軸受部品の表層部に窒素富化層を形成した場合でも、当該部品の特性が十分に向上しない場合がある。すなわち、上述のような部品に応力が繰返し負荷された場合、早期に剥離や破断が発生することがある（疲労強度の低下）。また、上述のような部品に衝撃的な応力が負荷された場合、容易に破損が発生することもある（靭性の低下）。つまり、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなる軸受部品においては、単に窒素富化層を形成するのみでは、表層部の硬度は上昇するものの、特に疲労強度や靭性の点で、必ずしも十分な特性が得られない場合があるという問題があった。
【０００７】
また、転がり軸受が使用される環境はますます過酷化している。たとえば、航空機などのジェットエンジンに使用される転がり軸受においては、高温環境下における部品の硬度低下の抑制および異物混入環境における耐久性の向上のみならず、潤滑が一時的に遮断された場合における耐焼付性の向上（いわゆるドライラン性能の向上）が求められる。ドライラン性能を向上させるためには、特に、軌道部材と保持器との間の焼付きを有効に抑制する必要がある。そのため、上記特許文献１〜４に開示された対策を含め、従来の対策では必ずしも十分であるとはいえない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、高温環境下における部品の硬度低下の抑制および異物混入環境における耐久性の向上のみならず、ドライラン性能の向上をも達成可能な転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従った転がり軸受は、０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成され、表面を含む領域には、焼入処理された上記鋼がプラズマ窒化処理されて生成した窒素濃度が０．０５質量％以上である窒素富化層が形成されており、前記窒素富化層における炭素濃度と窒素濃度との合計値は０．５５質量％以上１．９質量％以下である軌道部材と、軌道部材に接触し、円環状の軌道上に配置された複数の転動体と、転動体を軌道上に保持する保持器とを備えている。軌道部材は、保持器と接触する軌道部材接触面を含んでいる。一方、保持器は、軌道部材と接触する保持器接触面を含んでいる。そして、軌道部材接触面および保持器接触面の少なくともいずれか一方を含む領域には、軌道部材を構成する材料とは異なる材料からなる焼付き防止層が配置されている。上記窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、アスペクト比２以上、長さ７．５μｍ以上の鉄の窒化物の数が、一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個以下である。
【００１０】
本発明者は、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなる軸受部品に窒素富化層を形成した場合に、疲労強度や靭性が低下する原因について詳細な検討を行なった。その結果、以下のような現象が起こることに起因して、部品の疲労強度や靭性が低下することが分かった。
【００１１】
すなわち、上述のようにプラズマ窒化により４質量％以上のクロムを含有する鋼からなる軸受部品に窒素富化層を形成した場合、表層部における窒素量が、部品を構成する鋼の固溶限（析出物に含まれる窒素も含めた固溶限）を超える。そのため、部品を構成する鋼には、結晶粒界に沿って析出する鉄の窒化物（Ｆｅ３Ｎ、Ｆｅ４Ｎなど）が形成される。そして、アスペクト比２以上で、かつ７．５μｍ以上の長さで形成された鉄の窒化物（以下、アスペクト比２以上、かつ７．５μｍ以上の長さを有し、結晶粒界に沿って形成される鉄の窒化物を粒界析出物という）は、剥離や破断の起点となるおそれがある。
【００１２】
より具体的には、粒界析出物が形成された部品に応力が繰返し負荷された場合、当該粒界析出物が応力の集中源となり、亀裂が発生することがある。そして、この亀裂が進展し、剥離や破断に至るため、部品の疲労強度が低下する。また、粒界析出物が形成された部品に衝撃的な応力が負荷されると、当該粒界析出物が亀裂の発生や進展を助長するため、靭性が低下する場合がある。つまり、軌道部材や転動体などの部品の表層部において過剰な量の窒素が侵入する結果、粒界析出物が形成され、これが原因となって当該部品の疲労強度や靭性が低下し得る。
【００１３】
これに対し、本発明の転がり軸受を構成する軌道部材においては、適切な成分組成を有する鋼からなる軌道部材の表面を含む領域に窒素濃度が０．０５質量％以上の窒素富化層を形成した上で、当該窒素富化層における炭素濃度と窒素濃度との合計値を適切な範囲とすることにより、粒界析出物の形成を抑制することが可能となっている。その結果、本発明の転がり軸受を構成する軌道部材によれば、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなることにより高温環境下における硬度低下が抑制されるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された軌道部材を提供することができる。以下、軌道部材を構成する鋼の成分範囲および窒素富化層における窒素および炭素の濃度を上記の範囲に限定した理由について説明する。
【００１４】
炭素：０．１１質量％以上０．１５質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、炭素が０．１１質量％未満では、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。一方、炭素が０．１５質量％を超えると、心部硬度の上昇、靱性の低下という問題が発生し得る。したがって、炭素は０．１１質量％以上０．１５質量％以下とする必要がある。
【００１５】
珪素：０．１質量％以上０．２５質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、珪素が０．１質量％未満では、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。一方、珪素が０．２５質量％を超えると、素材の硬度が上昇し冷間加工性が低下するという問題が発生し得る。したがって、珪素は０．１質量％以上０．２５質量％以下とする必要がある。
【００１６】
マンガン：０．１５質量％以上０．３５質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、マンガンが０．１５質量％未満では、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。一方、マンガンが０．３５質量％を超えると、素材の硬度が上昇し冷間加工性が低下するという問題が発生し得る。したがって、マンガンは０．１５質量％以上０．３５質量％以下とする必要がある。
【００１７】
ニッケル：３．２質量％以上３．６質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、ニッケルが３．２質量％未満では、耐食性や硬度、靱性の向上という効果が少なくなるという問題が発生し得る。一方、ニッケルが３．６質量％を超えると、残留オーステナイト量の増加という問題が発生し得る。したがって、ニッケルは３．２質量％以上３．６質量％以下とする必要がある。
【００１８】
クロム：４質量％以上４．２５質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、クロムが４質量％未満では、焼戻軟化抵抗の低下という問題が発生し得る。一方、クロムが４．２５質量％を超えると、焼入が実施される際に炭化物の固溶が阻害されるという問題が発生し得る。したがって、クロムは４質量％以上４．２５質量％以下とする必要がある。
【００１９】
モリブデン：４質量％以上４．５質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、モリブデンが４質量％未満では、焼戻軟化抵抗の低下という問題が発生し得る。一方、モリブデンが４．５質量％を超えると、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。したがって、モリブデンは４質量％以上４．５質量％以下とする必要がある。
【００２０】
バナジウム：１．１３質量％以上１．３３質量％以下
軌道部材を構成する鋼において、バナジウムが１．１３質量％未満では、焼戻軟化抵抗の低下やバナジウム添加によるミクロ組織の微細化の効果が少なくなるという問題が発生し得る。一方、バナジウムが１．３３質量％を超えると、鋼の製造コスト上昇という問題が発生し得る。したがって、バナジウムは１．１３質量％以上１．３３質量％以下とする必要がある。
【００２１】
窒素富化層の窒素濃度：０．０５質量％以上
上記鋼からなる軌道部材において、表層部に十分な硬度を付与して耐摩耗性等を確保するためには、表面を含む領域に窒素濃度が０．０５質量％以上である窒素富化層が形成されている必要がある。また、耐摩耗性等を一層向上させるためには、軌道部材の表面における窒素濃度は、０．１５質量％以上であることが好ましい。
【００２２】
窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値：０．５５質量％以上１．９質量％以下
上記鋼からなる軌道部材において、表層部に十分な硬度を付与して耐摩耗性等を確保するためには、窒素濃度だけでなく炭素濃度をも管理することが重要である。そして、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値が０．５５質量未満では、表層部に十分な硬度を付与して耐摩耗性等を確保することが難しくなることを、本発明者は見出した。したがって、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値は、０．５５質量％以上とする必要がある。また、表層部に十分な硬度を付与して耐摩耗性等を確保することを容易にするためには、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値は、０．７質量％以上とすることが好ましい。
【００２３】
一方、上記鋼からなる軌道部材において、表層部の窒素濃度が高くなると粒界析出物が形成されやすくなり、炭素濃度が高くなるとその傾向がより強くなる。そして、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値が１．９質量％を超えると、粒界析出物の形成を抑制することが難しくなることを、本発明者は見出した。したがって、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値は、１．９質量％以下とする必要がある。また、粒界析出物の形成を一層抑制するためには、窒素富化層における窒素濃度と炭素濃度との合計値は、１．７質量％以下とすることが好ましい。なお、上記炭素濃度および窒素濃度とは、鉄、クロムなどの炭化物以外の領域である素地（母相）における濃度をいう。
【００２４】
さらに、本発明の転がり軸受においては、軌道部材接触面および保持器接触面の少なくともいずれか一方を含む領域には、軌道部材を構成する材料とは異なる材料からなる焼付き防止層が配置されている。上述のように、転がり軸受の耐焼付き性の向上、特にドライラン性能の向上を達成するためには、軌道部材と保持器との間の焼付きを有効に抑制する必要がある。一方、上述のように本発明に係る軌道部材は鋼からなり、保持器も、通常、鋼などの金属材料からなる。このように、軌道部材および保持器が同種材料からなる場合、潤滑が不十分な環境下では、焼付きが発生しやすくなる傾向にある。これに対し、軌道部材接触面および保持器接触面の少なくともいずれか一方を含む領域に軌道部材を構成する材料とは異なる材料からなる焼付き防止層を配置することにより、転がり軸受の耐焼付き性の向上、特にドライラン性能の向上を達成することができる。なお、軌道部材の製造過程において、軌道部材の表面のうち転動体と接触する領域（転走面）だけでなく、軌道部材接触面にも窒素富化層が形成された場合、軌道部材と保持器との間の焼付きが発生しやすくなる場合がある。窒素富化層を形成するための窒化処理において、軌道部材接触面への窒素富化層の形成を回避するためには、窒化処理を実施する前に、軌道部材接触面に窒化を防止する膜などを形成した上で窒化処理を実施し、その後、当該膜を除去するという煩雑なプロセスが必要となる。したがって、軌道部材への窒素富化層の形成を前提とする本発明の転がり軸受では、焼付き防止層を形成することで、製造過程における上記煩雑なプロセスを回避することができる。
【００２５】
以上のように、本発明の転がり軸受においては、軌道部材が４質量％以上のクロムを含有する鋼からなることにより、高温環境下における部品の硬度低下が抑制される。また、適切な成分組成を有する鋼からなる軌道部材の表層部に、炭素濃度と窒素濃度との合計値を適切な範囲とした窒素富化層を形成することにより、異物混入環境における部品の耐久性が向上する。さらに、軌道部材接触面および保持器接触面の少なくともいずれか一方を含む領域に焼付き防止層を配置することにより、耐焼付き性の向上、特にドライラン性能の向上が達成される。その結果、本発明の転がり軸受によれば、高温環境下における部品の硬度低下の抑制および異物混入環境における耐久性の向上のみならず、ドライラン性能の向上をも達成可能な転がり軸受を提供することができる。
【００２６】
ここで、焼付き防止層を構成する材料としては、たとえばＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニアなどのセラミックスや、ポリイミド系樹脂、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙ  Ｔｅｔｒａ  Ｆｌｕｏｒｏ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＦＡ（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ  Ａｌｋｏｘｙｌ  Ａｌｋａｎｅ）、ＦＥＰ（Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＥＴＦＥ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｔｒａ  Ｆｌｕｏｒｏ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＶｄＦ（Ｐｏｌｙ  Ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）などのフッ素樹脂、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙ  Ｅｔｈｅｒ  Ｅｔｈｅｒ  Ｋｅｔｏｎ）、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙ  Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  Ｓｕｌｆｉｄｅ）、フェノール樹脂などを採用することができる。
【００２７】
上記転がり軸受においては、焼付き防止層はＤＬＣからなるものとすることができる。ＤＬＣは高硬度であり、かつ鋼との動摩擦係数が鋼よりも小さいため、焼付き防止層を構成する素材として好適である。
【００２８】
上記転がり軸受においては、焼付き防止層は低動摩擦係数樹脂からなるものとすることができる。ポリイミド系樹脂、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＶｄＦなどのフッ素樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、フェノール樹脂などの低動摩擦係数樹脂は、動摩擦係数が鋼よりも小さく、かつ仮に潤滑が不十分となった場合でも、焼付き防止層が摩耗することにより焼付きの発生を抑制するため、焼付き防止層を構成する素材として好適である。
【００２９】
上記転がり軸受において好ましくは、低動摩擦係数樹脂は多孔質構造を有することにより、潤滑剤が含浸可能となっている。これにより、軸受の運転中において、潤滑剤が低動摩擦係数樹脂に含浸し、仮に潤滑が不十分となった場合でも、含浸された潤滑剤により潤滑が確保され、焼付きの発生が抑制される。ここで、多孔質構造を有する低動摩擦係数樹脂としては、フェノール樹脂などを採用することができる。
【００３０】
上記転がり軸受において好ましくは、上記窒素富化層の厚みは０．０５ｍｍ以上である。軌道部材においては、表面および表面直下、具体的には表面からの距離が０．０５ｍｍ以内の領域の強度が重要となる場合が多い。そのため、上記窒素富化層の厚みを０．０５ｍｍ以上とすることにより、軌道部材に十分な強度を付与することが可能となる。なお、軌道部材の強度を一層十分なものとするためには、上記窒素富化層の厚みは０．１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３１】
上記転がり軸受において好ましくは、上記窒素富化層は、８００ＨＶ以上の硬度を有している。表層部に形成される窒素富化層の硬度を８００ＨＶ以上とすることにより、軌道部材の強度を一層確実に確保することが可能となる。
【００３２】
上記転がり軸受においては、上記窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、アスペクト比２以上、長さ７．５μｍ以上の鉄の窒化物の数が、一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個以下である。
【００３３】
上述のように、アスペクト比２以上、長さ７．５μｍ以上の鉄の窒化物である粒界析出物は、部品の疲労強度、靭性などの特性を低下させるおそれがある。そして、本発明者が上記成分組成を有する鋼からなる部品について、疲労強度と粒界析出物の数密度との関係について調査したところ、上記窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、粒界析出物が一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個を超える数密度で存在すると、部品の疲労強度が低下することが分かった。したがって、窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、粒界析出物の数が一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個以下であることにより、軌道部材の疲労強度を向上させることができる。なお、軌道部材の疲労強度を一層向上させるためには、上記粒界析出物の数は、一辺１５０μｍの正方形領域６０視野内に１個以下であることが好ましい。
【００３４】
上記転がり軸受において好ましくは、転動体は、セラミックスからなっている。これにより、互いに接触する軌道部材と転動体とが異種材料となるため、耐焼付き性が向上する。また、鋼に比べて硬度の高いセラミックスを転動体の素材に採用することにより、異物混入環境における転動体の耐久性が向上する。また、転動体がセラミックスからなることにより、高温環境下における転動体の硬度低下が抑制される。ここで、転動体を構成するセラミックスとしては、たとえば窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニアなどを採用することができる。
【００３５】
また、上記転がり軸受において、転動体は鋼からなっていてもよい。転動体を構成する鋼としては、たとえばＡＩＳＩ規格Ｍ５０、Ｍ５０ＮｉＬなどを採用することができる。転動体がＭ５０ＮｉＬからなる場合、さらに、転動体には、上記軌道部材と同様の構成を有する窒素富化層が形成されていることが好ましい。また、転動体がＭ５０からなる場合、上記軌道部材と基本的には同様の構成を有し、炭素濃度と窒素濃度との合計値が０．８２質量％以上１．９質量％以下とされた窒素富化層が形成されていることが好ましい。
【００３６】
上記転がり軸受は、ガスタービンエンジンの内部において、主軸または主軸の回転を受けて回転する部材である回転部材を、当該回転部材に隣接する部材に対して回転自在に支持する軸受として用いられてもよい。ガスタービンエンジンの内部において回転部材（主軸または主軸の回転を受けて回転する部材）を支持する軸受には、高温環境下における部品の硬度低下の抑制、異物混入環境における耐久性の向上およびドライラン性能の向上が求められる。そのため、高温環境下における部品の硬度低下の抑制および異物混入環境における耐久性の向上のみならず、ドライラン性能の向上をも達成可能な本発明の転がり軸受は、ガスタービンエンジンの内部において回転部材を支持する軸受として好適である。
【００３７】
なお、上記窒素富化層における窒素および炭素の濃度は、たとえばＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）により調査することができる。また、上記鉄の窒化物（粒界析出物）の数密度は、たとえば以下のように調査することができる。すなわち、まず部品を表面に垂直な断面で切断し、当該断面を研磨する。その後、適切な腐食液にて当該断面腐食した上で、窒素富化層をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）あるいは光学顕微鏡にて観察して写真を撮影する。そして、表面が視野の一辺として規定された一辺１５０μｍの正方形の視野を画像解析装置により解析し、粒界析出物の数を調査する。これをランダムに５視野以上において実施し、５視野あたりの粒界析出物の数を算出する。
【発明の効果】
【００３８】
以上の説明から明らかなように、本発明の転がり軸受によれば、高温環境下における部品の硬度低下の抑制および異物混入環境における耐久性の向上のみならず、ドライラン性能の向上をも達成可能な転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００４０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の転がり軸受を適用可能なガスタービンエンジンであるターボファンエンジンの構成を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態におけるターボファンエンジンの構成について説明する。
【００４１】
図１を参照して、ターボファンエンジン７０は、圧縮部７１と、燃焼部７２と、タービン部７３とを備えている。そして、ターボファンエンジン７０は、圧縮部７１から、燃焼部７２を通り、タービン部７３に至るように配置された、低圧主軸７４と、低圧主軸７４の外周面を取り囲むように配置された高圧主軸７７とを備えている。
【００４２】
圧縮部７１は、低圧主軸７４に接続され、低圧主軸７４から径方向外側に突出するように形成された複数のファンブレード７５Ａを有するファン７５と、ファン７５の外周側を取り囲むとともに燃焼部７２に向けて延在するファンナセル７６と、ファン７５から見て燃焼部７２側に配置されたコンプレッサ８１とを含んでいる。コンプレッサ８１は、低圧コンプレッサ８１Ａと、低圧コンプレッサ８１Ａから見て燃焼部７２側に配置される高圧コンプレッサ８１Ｂとを有している。低圧コンプレッサ８１Ａは、低圧主軸７４に接続され、低圧主軸７４側から径方向外側に向けて突出し、かつファン７５側から燃焼部７２に近づく方向に並べて配置される複数のコンプレッサブレード８８を有している。また、高圧コンプレッサ８１Ｂは、高圧主軸７７に接続され、高圧主軸７７側から径方向外側に向けて突出し、かつファン７５側から燃焼部７２に近づく方向に並べて配置される複数のコンプレッサブレード８８を有している。さらに、低圧コンプレッサ８１Ａの外周側を取り囲むように、コアカウル７８が配置されている。このコアカウル７８とファンナセル７６との間の環状の空間は、バイパス流路７９を構成する。
【００４３】
燃焼部７２は、圧縮部７１の高圧コンプレッサ８１Ｂに接続され、燃料供給部材および点火部材（図示しない）を有する燃焼室８２を含んでいる。タービン部７３は、高圧タービン８３Ｂと、高圧タービン８３Ｂから見て燃焼部７２とは反対側に配置される低圧タービン８３Ａとを有するタービン８３を含んでいる。さらに、低圧タービン８３Ａから見て高圧タービン８３Ｂとは反対側には、タービン８３内の燃焼ガスを外部に排出するタービンノズル８４が配置されている。低圧タービン８３Ａは、低圧主軸７４に接続され、低圧主軸７４側から径方向外側に向けて突出し、かつ燃焼室８２側からタービンノズル８４に近づく方向に並べて配置される複数のタービンブレード８７を有している。また、高圧タービン８３Ｂは、高圧主軸７７に接続され、高圧主軸７７側から径方向外側に向けて突出し、かつ燃焼室８２側からタービンノズル８４に近づく方向に並べて配置される複数のタービンブレード８７を有している。
【００４４】
そして、主軸または当該主軸の回転を受けて回転する部材である回転部材としての低圧主軸７４および高圧主軸７７は、転がり軸受８９により、低圧主軸７４および高圧主軸７７に隣接して配置される部材に対して回転自在に支持されている。すなわち、転がり軸受８９は、ガスタービンエンジンであるターボファンエンジン７０の内部において、主軸または当該主軸の回転を受けて回転する部材である回転部材としての低圧主軸７４または高圧主軸７７を、低圧主軸７４または高圧主軸７７に隣接する部材に対して回転自在に支持している。
【００４５】
次に、本実施の形態におけるターボファンエンジン７０の動作について説明する。図１を参照して、ファン７５から見て燃焼部７２とは反対側、すなわちターボファンエンジン７０の前方側の空気は、低圧主軸７４の軸周りに回転するファン７５により、ファンナセル７６に囲まれる空間に取り込まれる（矢印α）。取り込まれた空気の一部は、矢印βに沿った方向に流れ、バイパス流路７９を通って空気噴流として外部に排出される。この空気噴流は、ターボファンエンジン７０によって発生される推力の一部となる。
【００４６】
一方、ファンナセル７６に囲まれる空間に取り込まれた空気の残部は、矢印γに沿ってコンプレッサ８１の内部に流入する。コンプレッサ８１の内部に流入した空気は、低圧主軸７４の軸周りに回転する複数のコンプレッサブレード８８を有する低圧コンプレッサ８１Ａの内部を高圧コンプレッサ８１Ｂに向けて流れることにより圧縮され、高圧コンプレッサ８１Ｂに流入する。さらに、高圧コンプレッサ８１Ｂに流入した空気は、高圧主軸７７の軸周りに回転する複数のコンプレッサブレード８８を有する高圧コンプレッサ８１Ｂの内部を燃焼室８２に向けて流れることによりさらに圧縮され、燃焼室８２に流入する（矢印δ）。
【００４７】
コンプレッサ８１において圧縮され、燃焼室８２に流入した空気は、燃料供給部材（図示しない）により燃焼室内に供給された燃料と混合された上で、点火部材（図示しない）により点火される。これにより、燃焼ガスが燃焼室８２内に発生する。この燃焼ガスは、燃焼室８２から流出し、タービン８３内に流入する（矢印ε）。
【００４８】
タービン８３内に流入した燃焼ガスは、高圧タービン８３Ｂ内において、高圧主軸７７に接続されたタービンブレード８７に衝突することにより、高圧主軸７７を軸周りに回転させる。これにより、高圧主軸７７に接続されたコンプレッサブレード８８を有する高圧コンプレッサ８１Ｂが駆動される。さらに、高圧タービン８３Ｂ内を通過した燃焼ガスは、低圧タービン８３Ａ内において、低圧主軸７４に接続されたタービンブレード８７に衝突することにより、低圧主軸７４を軸周りに回転させる。これにより、低圧主軸７４に接続されたコンプレッサブレード８８を有する低圧コンプレッサ８１Ａと、低圧主軸７４に接続されたファンブレード７５Ａを有するファン７５とが駆動される。
【００４９】
そして、低圧タービン８３Ａ内を通過した燃焼ガスは、タービンノズル８４から外部へと排出される。この排出される燃焼ガスの噴流は、ターボファンエンジン７０によって発生される推力の一部となる。
【００５０】
ここで、ターボファンエンジン７０の内部において、低圧主軸７４または高圧主軸７７を、低圧主軸７４または高圧主軸７７に隣接する部材に対して回転自在に支持する転がり軸受８９は、ターボファンエンジン７０において発生する熱の影響により、高温環境下で使用される。また、転がり軸受８９の内部には、金属粉やカーボン粉などの硬質の異物が侵入するおそれがある。そのため、転がり軸受８９には、高温環境下における部品の硬度低下の抑制および異物混入環境における耐久性の向上が求められる。さらに、ターボファンエンジン７０が航空機に装備される場合、何らかの原因で転がり軸受８９の潤滑が一時的に遮断された場合でも、当該潤滑が回復するまでの間、焼き付くことなく低圧主軸７４または高圧主軸７７を回転自在に支持し続けるドライラン性能が転がり軸受８９には求められる。
【００５１】
これに対し、転がり軸受８９が、以下に説明する実施の形態１における転がり軸受であることにより、上記要求を満たすことができる。
【００５２】
図２は、実施の形態１における転がり軸受としての３点接触玉軸受の構成を示す概略断面図である。また、図３は、図２の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図２および図３を参照して、実施の形態１における転がり軸受としての３点接触玉軸受について説明する。
【００５３】
図２を参照して、３点接触玉軸受１は、軌道部材である環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された軌道部材である環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体としての複数の玉１３とを備えている。外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、内輪転走面１２Ａと外輪転走面１１Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。内輪１２は、第１内輪１２１と第２内輪１２２とを含んでおり、軸方向中央部において分割された構造を有している。第１内輪１２１および第２内輪１２２の外周面には、それぞれ第１内輪転走面１２１Ａおよび第２内輪転走面１２２Ａが形成されている。この第１内輪転走面１２１Ａおよび第２内輪転走面１２２Ａは、内輪転走面１２Ａを構成する。さらに、複数の玉１３は、外周面である玉転走面１３Ａにおいて、第１内輪転走面１２１Ａ、第２内輪転走面１２２Ａおよび外輪転走面１１Ａに接触可能となっており、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより、円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、３点接触玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００５４】
ここで、軌道部材である外輪１１および内輪１２は、０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成されている。そして、図２を参照して、外輪１１および内輪１２の表面である外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａを含む領域には、窒素濃度が０．０５質量％以上である外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂが形成されている。さらに、外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂにおける炭素濃度と窒素濃度との合計値は０．５５質量％以上１．９質量％以下である。ここで、上記不純物は、鋼の原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものなどの不可避的不純物を含む。
【００５５】
さらに、図３を参照して、軌道部材である外輪１１は、保持器１４と接触する軌道部材接触面としての外輪接触面１１Ｄ（保持器案内面）を含んでいる。また、保持器１４は、外輪１１と接触する保持器接触面１４Ｄを含んでいる。すなわち、３点接触玉軸受１の保持器１４は外輪１１により案内されている。そして、外輪接触面１１Ｄを含む領域には、ＤＬＣからなる焼付き防止層としてのＤＬＣコーティング層１１Ｅが配置されている。
【００５６】
また、転動体である玉１３はセラミックスからなっている。より具体的には、本実施の形態においては、玉１３は、窒化珪素を主成分とし、残部不純物からなる焼結体からなっている。なお、当該焼結体は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などの焼結助剤を含んでいてもよい。
【００５７】
ここで、玉１３は、外輪１１および内輪１２と同様の上記成分組成を有する鋼からなっていてもよい。この場合、さらに、玉１３には、外輪１１および内輪１２と同様の構成を有する窒素富化層が形成されていることが好ましい。また、玉１３は、ＡＩＳＩ規格Ｍ５０からなっていてもよい。この場合、外輪１１および内輪１２と基本的には同様の構成を有し、炭素濃度と窒素濃度との合計値が０．８２質量％以上１．９質量％以下とされた窒素富化層が形成されていることが好ましい。
【００５８】
本実施の形態における３点接触玉軸受１の軌道部材である外輪１１および内輪１２においては、上記適切な成分組成を有する鋼からなるとともに、表面に形成された外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａを含む領域に窒素濃度が０．０５質量％以上である外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂが形成されている。そして、外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂにおける炭素濃度と窒素濃度との合計値が適切な範囲である０．５５質量％以上１．９質量％以下とされることにより、表層部に十分な硬度が付与されるとともに、粒界析出物の形成が抑制されている。その結果、本実施の形態における軌道部材である外輪１１および内輪１２は、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された部品となっている。
【００５９】
さらに、本実施の形態における３点接触玉軸受１においては、外輪接触面１１Ｄを含む領域に、ＤＬＣコーティング層１１Ｅが配置されている。これにより、３点接触玉軸受１は、耐焼付き性の向上、特にドライラン性能の向上が達成された転がり軸受となっている。
【００６０】
また、本実施の形態における３点接触玉軸受１においては、転動体である玉１３がセラミックスからなっている。これにより、互いに接触する外輪１１および内輪１２と玉１３とが異種材料となるため、耐焼付き性が向上する。その結果、潤滑が不十分な環境下における耐久性、たとえばドライラン性能の向上が達成される。また、鋼に比べて硬度の高いセラミックスを玉１３の素材に採用することにより、異物混入環境における玉１３の耐久性が向上する。さらに、玉１３がセラミックスからなることにより、高温環境下における玉１３の硬度低下が抑制される。また、玉１３がセラミックスからなることにより、玉１３が鋼からなる場合に比べて玉１３が軽量化され、玉１３に作用する遠心力が低減されるため、３点接触玉軸受１は、特に高速回転する部材を支持する転がり軸受として好適である。
【００６１】
なお、玉１３は、ＡＩＳＩ規格Ｍ５０ＮｉＬ、Ｍ５０などの鋼からなり、窒素富化層が形成されている場合、玉１３は、上記外輪１１および内輪１２と同様に、十分な量のクロムを含有する鋼からなるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された部品となる。その結果、高温環境下における玉１３の硬度低下が抑制されるとともに、異物混入環境における玉１３の耐久性が向上する。
【００６２】
以上のように、本実施の形態における３点接触玉軸受１においては、軌道部材である外輪１１および内輪１２が４質量％以上のクロムを含有する鋼からなることにより、高温環境下における部品の硬度低下が抑制されている。また、適切な成分組成を有する鋼からなる外輪１１および内輪１２の外輪転走面１１Ａおよび内輪転走面１２Ａを含む領域に、炭素濃度と窒素濃度との合計値を適切な範囲とした外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂを形成することにより、異物混入環境における部品の耐久性が向上している。さらに、外輪接触面１１Ｄを含む領域にＤＬＣコーティング層１１Ｅが配置されていることにより、ドライラン性能の向上が達成されている。その結果、３点接触玉軸受１は、高温環境下における部品の硬度低下の抑制および異物混入環境における耐久性の向上のみならず、ドライラン性能の向上をも達成した転がり軸受となっている。
【００６３】
さらに、外輪１１および内輪１２に形成された外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂの厚みは、０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、外輪１１、内輪１２および玉１３に十分な強度が付与される。
【００６４】
さらに、外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂは、８００ＨＶ以上の硬度を有していることが好ましい。これにより、外輪１１および内輪１２の強度を一層確実に確保することが可能となる。
【００６５】
さらに、外輪窒素富化層１１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂを顕微鏡にて観察した場合、アスペクト比２以上、長さ７．５μｍ以上の鉄の窒化物の数が、一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個以下であることが好ましい。これにより、外輪１１および内輪１２の疲労強度を向上させることができる。
【００６６】
次に、上記本発明の一実施の形態における転がり軸受の製造方法について説明する。図４は、実施の形態１における転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【００６７】
図４を参照して、本実施の形態における転がり軸受の製造方法は、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ１２０）を含む軌道部材作製工程と、工程（Ｓ２１０）〜（Ｓ２３０）を含む保持器作製工程と、工程（Ｓ３００）として実施される組立て工程とを備えている。
【００６８】
まず、軌道部材作製工程について説明する。工程（Ｓ１０）として実施される鋼部材準備工程では、０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼からなり、軌道部材の概略形状に成形された鋼部材が準備される。具体的には、たとえば、上記成分を含有する棒鋼、鋼線などを素材とし、当該棒鋼、鋼線などに対して切断、鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、軌道部材としての外輪１１、内輪１２などの概略形状に成形された鋼部材が準備される。
【００６９】
次に、工程（Ｓ１０）において準備された上述の鋼部材に対して、焼入処理および窒化処理を含む熱処理を行なう熱処理工程が実施される。熱処理工程は、工程（Ｓ２０）として実施される浸炭工程、工程（Ｓ３０）として実施される焼入工程、工程（Ｓ４０）として実施される第１焼戻工程、工程（Ｓ５０）として実施される第１サブゼロ工程、工程（Ｓ６０）として実施される第２焼戻工程、工程（Ｓ７０）として実施される第２サブゼロ工程、工程（Ｓ８０）として実施される第３焼戻工程、工程（Ｓ９０）として実施されるプラズマ窒化工程および工程（Ｓ１００）として実施される拡散工程を含んでいる。この熱処理工程の詳細については後述する。
【００７０】
次に、熱処理工程が実施された鋼部材に対して、仕上げ加工などが施される仕上げ加工工程が工程（Ｓ１１０）として実施される。具体的には、たとえば、熱処理工程が実施された鋼部材の外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａなどに対する研磨加工が実施される。また、後述する工程（Ｓ１２０）においてＤＬＣコーティング層１１Ｅが形成されるべき領域に対しても、仕上げ加工が実施されることが好ましい。
【００７１】
次に、工程（Ｓ１２０）として、焼付き防止層形成工程が実施される。具体的には、工程（Ｓ１１０）が実施された鋼部材のうち、外輪１１となるべき鋼部材にＤＬＣコーティング層１１Ｅが形成される。このＤＬＣコーティング層１１Ｅの形成は、たとえばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学蒸着）法、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；物理蒸着）法などの方法により実施することができる。これにより、本実施の形態における軌道部材は完成し、本実施の形態における軌道部材作製工程は完了する。
【００７２】
次に、上述の熱処理工程の詳細について説明する。図５は、本実施の形態における軌道部材作製工程に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。図５において、横方向は時間を示しており右に行くほど時間が経過していることを示している。また、図５において、縦方向は温度を示しており上に行くほど温度が高いことを示している。
【００７３】
図５を参照して、本実施の形態における熱処理工程においては、まず、被処理物としての鋼部材が浸炭処理される浸炭工程が実施される。具体的には、たとえば鋼部材が一酸化炭素と水素を含む浸炭ガスの雰囲気中でＡ１変態点以上の温度である温度Ｔ１に加熱され、時間ｔ１の間保持されることにより、鋼部材の表層部に炭素が侵入する。これにより、鋼部材の表面を含む領域に、当該表面を含む領域以外の領域である内部領域に比べて炭素濃度の高い浸炭層が形成される。
【００７４】
次に、図５を参照して、浸炭処理が実施された鋼部材が焼入処理される焼入工程が実施される。具体的には、当該鋼部材が、Ａ１変態点以上の温度である温度Ｔ１からＭＳ点以下の温度に冷却されることにより、焼入硬化される。
【００７５】
ここで、Ａ１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。
【００７６】
次に、焼入処理が実施された鋼部材に対し、焼戻処理を行なう第１焼戻工程が実施される。具体的には、図５を参照して、たとえば鋼部材が減圧雰囲気中（真空中）でＡ１変態点未満の温度である温度Ｔ２に加熱され、時間ｔ２の間保持された後、冷却されることにより焼戻処理される。これにより、鋼部材の焼入処理による残留応力を緩和し、熱処理によるひずみが抑制される等の効果が得られる。
【００７７】
次に、第１焼戻工程が実施された鋼部材に対し、サブゼロ処理を行なう第１サブゼロ工程が実施される。具体的には、図５を参照して、鋼部材が、たとえば液体窒素を噴霧されて０℃未満の温度である温度Ｔ３に冷却され、時間ｔ３の間保持されることによりサブゼロ処理される。これにより、鋼部材の焼入処理により生成した残留オーステナイトがマルテンサイトに変態し、鋼の組織が安定化する等の効果が得られる。
【００７８】
次に、第１サブゼロ工程が実施された鋼部材に対し、焼戻処理を行なう第２焼戻工程が実施される。具体的には、図５を参照して、たとえば鋼部材が真空中でＡ１変態点未満の温度である温度Ｔ４に加熱され、時間ｔ４の間保持された後、冷却されることにより焼戻処理される。これにより、鋼部材のサブゼロ処理による残留応力を緩和し、ひずみが抑制される等の効果が得られる。
【００７９】
次に、第２焼戻工程が実施された鋼部材に対し、再度サブゼロ処理を行なう第２サブゼロ工程が実施される。具体的には、図５を参照して、鋼部材が、たとえば液体窒素を噴霧されて０℃未満の温度である温度Ｔ５に冷却され、時間ｔ５の間保持されることによりサブゼロ処理される。これにより、鋼部材の焼入処理により生成した残留オーステナイトがさらにマルテンサイトに変態し、鋼の組織が一層安定化する等の効果が得られる。
【００８０】
次に、第２サブゼロ工程が実施された鋼部材に対し、再度焼戻処理を行なう第３焼戻工程が実施される。具体的には、図５を参照して、上記第２焼戻工程と同様に、鋼部材が真空中でＡ１変態点未満の温度である温度Ｔ６に加熱され、時間ｔ６の間保持された後、冷却されることにより焼戻処理される。ここで、温度Ｔ６およびｔ６は第２焼戻工程の温度Ｔ４およびｔ４と同様の条件とすることができる。これにより、第２サブゼロ工程における鋼部材のサブゼロ処理により発生し得る残留応力を緩和し、ひずみが抑制される等の効果が得られる。
【００８１】
次に、第３焼戻工程が実施された鋼部材に対し、プラズマ窒化処理を行なうプラズマ窒化工程が実施される。具体的には、図５を参照して、たとえば圧力５０Ｐａ以上５０００Ｐａ以下となるように窒素（Ｎ２）と、水素（Ｈ２）、メタン（ＣＨ４）およびアルゴン（Ａｒ）からなる群から選択される少なくともいずれか１つ以上とが導入されたプラズマ窒化炉に、鋼部材が挿入され、放電電圧５０Ｖ以上１０００Ｖ以下、放電電流０．００１Ａ以上１００Ａ以下の条件下で温度Ｔ７に加熱されて時間ｔ７の間保持された後、冷却されることにより鋼部材がプラズマ窒化処理される。これにより、鋼部材の表層部に窒素が侵入して窒素富化層が形成され、当該表層部の強度が向上する。ここで、温度Ｔ７は、たとえば３００℃以上５５０℃以下、時間ｔ７は１時間以上８０時間以下とすることができる。この温度Ｔ７、時間ｔ７などの熱処理条件は、仕上げ工程で実施される仕上げ加工における取りしろを考慮し、プラズマ窒化処理において形成される粒界析出物層（粒界析出物が形成されている層）の厚みが、仕上げ加工において除去可能な厚み以下となるように決定することができる。
【００８２】
なお、鋼部材を構成する鋼がＡＭＳ規格６２７８（ＡＩＳＩ規格Ｍ５０ＮｉＬ）である場合、プラズマ窒化工程における上記圧力は５０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、放電電圧は５０Ｖ以上６００Ｖ以下、放電電流は０.００１Ａ以上３００Ａ以下、温度Ｔ７は３５０℃以上４５０℃以下、時間ｔ７は１時間以上５０時間以下とすることが好ましい。
【００８３】
次に、プラズマ窒化工程が実施された鋼部材に対し、拡散処理を行なう拡散工程が実施される。具体的には、図５を参照して、たとえば真空中で温度Ｔ８に加熱され、時間ｔ８の間保持されることにより鋼部材が拡散処理される。ここで、温度Ｔ８は、３００℃以上４８０℃以下、好ましくは３００℃以上４３０℃以下、時間ｔ８は５０時間以上３００時間以下とすることができる。これにより、窒化層形成による表層部の硬度上昇が相殺されることを抑制しつつ、鋼に侵入した窒素を所望の領域にまで到達させることができる。そして、この拡散工程を実施することにより、プラズマ窒化工程において窒素が侵入する深さを、仕上げ加工での粒界析出物層の除去が可能な範囲にとどめても、鋼に侵入した窒素を所望の領域にまで到達させることができる。以上の工程により、本実施の形態における熱処理工程は完了する。
【００８４】
以上のように、本実施の形態における熱処理方法によれば、４質量％以上のクロムを含有する鋼の表層部を窒化処理して高硬度な窒素富化層を形成するとともに、粒界析出物の発生を抑制することができる。
【００８５】
また、上記実施の形態における軌道部材作製工程によれば、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなり、表層部が窒化処理されて高硬度な窒素富化層が形成されるとともに、粒界析出物の発生が抑制された軌道部材（外輪１１，２１、内輪１２，２２など）を製造することができる。その結果、上述のように、本実施の形態における軌道部材（外輪１１、内輪１２など）の表面（外輪転走面１１Ａ、内輪転走面１２Ａなど）を含む領域に窒素濃度が０．０５質量％以上、炭素濃度と窒素濃度との合計値が０．５５質量％以上１．９質量％以下である厚み０．０５ｍｍ以上、硬度８００ＨＶ以上の窒素富化層を形成するとともに、当該窒素富化層を表面に垂直な断面で切断し、当該断面を光学顕微鏡またはＳＥＭを用いて、表面を含む一辺１５０μｍの正方形の視野をランダムに５視野観察した場合、粒界析出物の検出数を１個以下とすることができる。ここで、窒素富化層における炭素濃度および窒素濃度は、たとえばプラズマ窒化工程において実施されるプラズマ窒化の処理時間、および拡散工程において実施される拡散処理の処理時間を調整することにより、コントロールすることができる。
【００８６】
一方、図４を参照して、保持器作製工程においては、まず、工程（Ｓ２１０）として、保持器の概略形状の成形した成形部材を準備する成形部材準備工程が実施される。具体的には、たとえばＳＡＥ規格４３４０からなる鋼材が準備され、切削加工などの加工が施されることにより、成形部材が準備される。
【００８７】
次に、工程（Ｓ２２０）として、成形部材に対して熱処理が施される熱処理工程が実施される。具体的には、準備されたＳＡＥ４３４０からなる成形部材に対して、焼入処理および焼戻処理が実施されることにより、成形部材に適切な硬度が付与される。
【００８８】
次に、工程（Ｓ２３０）として仕上げ加工工程が実施される。具体的には、たとえば、熱処理工程が実施された成形部材に対して仕上げ加工などが施される。以上の工程により、本実施の形態における保持器作製工程は完了する。
【００８９】
そして、図４を参照して、完成した部品が組合わされて転がり軸受が組立てられる組立て工程が、工程（Ｓ３００）として実施される。具体的には、たとえば上述の工程により作製された外輪１１、内輪１２および保持器１４と別途準備されたと玉１３が組合わされて、３点接触玉軸受１が組立てられる。これにより、上記本実施の形態における転がり軸受が完成する。
【００９０】
ここで、玉１３がセラミックスからなる場合、玉１３は以下のように作製することができる。まず、玉１３を構成する素材として採用されるセラミックス、たとえば窒化珪素の粉末が準備される。次に、準備されたセラミックスの粉末に、焼結助剤を添加して混合する。さらに、上記セラミックスの粉末と焼結助剤との混合物を、玉１３の概略形状に成形する。具体的には、上記セラミックスの粉末と焼結助剤との混合物に、プレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒などの手法を用いた成形を実施することにより、転動体である玉１３の概略形状に成形された成形体が作製される。さらに、当該成形体が焼結される。具体的には、上記成形体が、ＨＩＰ（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ；熱間静水圧焼結法）、ＧＰＳ（Ｇａｓ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ガス圧焼結法）などの加圧焼結法を用いて焼結されることにより、玉１３の概略形状を有する焼結体が得られる。次に、得られた焼結体の表面（転走面）を研磨することにより、転動体としての玉１３を完成させる。
【００９１】
また、玉１３が外輪１１および内輪１２と同様の鋼からなる場合、上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ９０）と同様の工程により、玉１３を作製することができる。なお、窒素富化層の形成が不要の場合、工程（Ｓ７０）および（Ｓ８０）を省略することができる。さらに、玉１３が、たとえばＡＩＳＩ規格Ｍ５０からなる場合も、熱処理工程における浸炭工程を省略する点を除き、玉１３を同様に作製することができる。
【００９２】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図６は、実施の形態２における転がり軸受としての円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図７は、図６の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【００９３】
図６および図７を参照して、実施の形態２における円筒ころ軸受２は、実施の形態１における３点接触玉軸受１と基本的には同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。すなわち、円筒ころ軸受２は、環状の外輪２１と、外輪２１の内側に配置された環状の内輪２２と、外輪２１と内輪２２との間に配置され、円環状の保持器２４に保持された転動体としての複数のころ２３とを備えている。ころ２３は、円筒形状を有している。外輪２１の内周面には外輪転走面２１Ａが形成されており、内輪２２の外周面には内輪転走面２２Ａが形成されている。そして、内輪転走面２２Ａと外輪転走面２１Ａとが互いに対向するように、外輪２１と内輪２２とは配置されている。さらに、複数のころ２３は、外周面であるころ転走面２３Ａにおいて内輪転走面２２Ａおよび外輪転走面２１Ａに接触し、かつ保持器２４により周方向に所定のピッチで配置されることにより、円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、円筒ころ軸受２の外輪２１および内輪２２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００９４】
ここで、図７を参照して、本実施の形態における円筒ころ軸受２の外輪２１および内輪２２は、上記実施の形態１における３点接触玉軸受１の外輪１１および内輪１２に、ころ２３は玉１３に該当し、同様の構成を有しており、同様の効果を奏する。つまり、外輪２１および内輪２２は、上記外輪１１および内輪１２と同様の鋼からなっている。そして、外輪２１および内輪２２の表面である外輪転走面２１Ａおよび内輪転走面２２Ａを含む領域には、それぞれ窒素濃度が０．０５質量％以上である外輪窒素富化層２１Ｂおよび内輪窒素富化層２２Ｂが形成されている。また、外輪窒素富化層２１Ｂおよび内輪窒素富化層２２Ｂにおける炭素濃度と窒素濃度との合計値は０．５５質量％以上１．９質量％以下である。また、外輪２１および保持器２４は、外輪接触面１１Ｄおよび保持器接触面１４Ｄに相当する外輪接触面２１Ｄおよび保持器接触面２４Ｄを有している。すなわち、円筒ころ軸受２の保持器２４は外輪２１により案内されている。
【００９５】
しかし、実施の形態２における円筒ころ軸受２は、焼付き防止層の構成において、実施の形態１における３点接触玉軸受１とは異なっている。具体的には、図７を参照して、円筒ころ軸受２の外輪接触面２１Ｄを含む領域には、多孔質構造を有することにより潤滑剤が含浸可能なフェノール樹脂などからなる樹脂リング２１Ｅが配置されている。潤滑剤としては、たとえばＭＩＬ−ＰＲＦ−２３６９９を採用することができる。
【００９６】
実施の形態２における円筒ころ軸受２では、焼付き防止層として樹脂リング２１Ｅが採用されることにより、外輪２１と保持器２４との間の動摩擦係数が低減され、かつ仮に潤滑が不十分となった場合でも、樹脂リング２１Ｅが摩耗することにより焼付きの発生が抑制される。さらに、潤滑が不十分となった場合、軸受の運転中に樹脂リング２１Ｅに含浸した潤滑剤により潤滑が確保され、焼付きの発生が一層抑制される。また、コーティング層ではなく、樹脂リング２１Ｅを採用することで、転がり軸受の製造プロセスにおいて、手順の煩雑なコーティング処理を必要とせず、たとえば樹脂リング２１Ｅを外輪２１にはめ込むことにより、焼付き防止層を形成することが可能となる。
【００９７】
次に、実施の形態２における円筒ころ軸受２の製造方法について説明する。円筒ころ軸受２は、基本的には、上記実施の形態１における３点接触玉軸受１と同様に製造することができる。しかし、焼付き防止層の構成の相違に起因して、製造方法も一部異なっている。
【００９８】
すなわち、図４を参照して、円筒ころ軸受２の製造方法では、工程（Ｓ１０）において、外輪２１の樹脂リング２１Ｅを配置すべき領域に、樹脂リング２１Ｅを嵌め込むための溝部が内周面に沿って形成される。そして、実施の形態１の場合と同様に工程（Ｓ２０）〜（Ｓ１１０）までが実施された上で、工程（Ｓ１２０）において、別途準備された樹脂リング２１Ｅが上記溝部に嵌め込まれる。他の工程は、実施の形態１と同様に実施される。これにより、手順の煩雑なコーティング処理を実施することなく、実施の形態２における円筒ころ軸受２を完成させることができる。
【００９９】
なお、焼付き防止層を上述のように樹脂リングの嵌め込みにより形成する場合、保持器の外周面に対して樹脂リングを嵌め込んでもよいが、この場合、転がり軸受の運転時において、樹脂リングが保持器から外れやすくなる向きに遠心力が作用する。そのため、軌道部材接触面が外輪の内周面となる場合（つまり、保持器が外輪案内の場合）、上述のように、樹脂リングは外輪の内周面に嵌め込まれることが好ましい。一方、軌道部材接触面が内輪の外周面となる場合（つまり、保持器が内輪案内の場合）、樹脂リングは保持器の内周面に嵌め込まれることが好ましい。
【０１００】
（実施の形態３）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図８は、実施の形態３における転がり軸受としての円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。また、図９は、図８の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【０１０１】
図８および図９を参照して、実施の形態３における円筒ころ軸受３は、実施の形態１および２における３点接触玉軸受１および円筒ころ軸受２と基本的には同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。すなわち、円筒ころ軸受３は、外輪１１，２１に相当する外輪３１、内輪１２，２２に相当する内輪３２、玉１３およびころ２３に相当し、ころ転走面３３Ａにおいて外輪３１および内輪３２に接触するころ３３および保持器１４，２４に相当する保持器３４を備えている。また、外輪３１および内輪３２は、外輪転走面３１Ａおよび内輪転走面３２Ａを含む領域に、それぞれ外輪窒素富化層１１Ｂ，２１Ｂに相当する外輪窒素富化層３１Ｂおよび内輪窒素富化層１２Ｂ，２２Ｂに相当する内輪窒素富化層３２Ｂを含んでいる。
【０１０２】
しかし、実施の形態３における円筒ころ軸受３は、軌道部材接触面、保持器接触面および焼付き防止層の構成において、実施の形態１および２における転がり軸受とは異なっている。すなわち、図９を参照して、円筒ころ軸受３の内輪３２および保持器３４は、それぞれ互いに接触する内輪接触面３２Ｄおよび保持器接触面３４Ｄを有している。すなわち、円筒ころ軸受３の保持器３４は内輪３２により案内されている。そして、保持器接触面３４Ｄを含む領域には、焼付き防止層としての樹脂コーティング層３４Ｅが配置されている。これにより、保持器接触面３４Ｄと内輪接触面３２Ｄとの間における焼付きの発生が抑制されている。
【０１０３】
次に、実施の形態３における円筒ころ軸受３の製造方法について説明する。図１０は、実施の形態３における転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。図１０および図４を参照して、実施の形態３における円筒ころ軸受３の製造方法は、実施の形態１における３点接触玉軸受１の製造方法と基本的には同様に実施される。しかし、上記軌道部材接触面、保持器接触面および焼付き防止層の構成の相違に起因して、実施の形態３における転がり軸受の製造方法は、実施の形態１の場合とは、一部異なっている。
【０１０４】
すなわち、実施の形態３における円筒ころ軸受３の製造方法の軌道部材作製工程では、実施の形態１の場合と同様に工程（Ｓ１０）〜（Ｓ１１０）が実施され、工程（Ｓ１２０）が省略される。一方、保持器作製工程では、実施の形態１の場合と同様に工程（Ｓ２１０）〜（Ｓ２３０）までが実施される。その後、実施の形態３においては、さらに工程（Ｓ２４０）として、焼付き防止層形成工程が実施される。具体的には、仕上げ加工工程が完了した成形部材の内周面に、樹脂コーティング層３４Ｅが形成される。この樹脂コーティング層３４Ｅの形成は、たとえば圧縮成形、押出成形、射出成形、粉体塗装などの方法により実施することができる。これにより、本実施の形態における保持器は完成し、本実施の形態における保持器作製工程は完了する。
【０１０５】
そして、実施の形態１の場合と同様に、工程（Ｓ３００）として組立て工程が実施されることにより、実施の形態３における円筒ころ軸受３が完成する。
【０１０６】
なお、上記実施の形態においては、本発明の転がり軸受の一例として、３点接触玉軸受および円筒ころ軸受について説明したが、本発明の転がり軸受はこれに限られず、たとえば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、スラストニードルころ軸受、自動調心玉軸受、自動調心ころ軸受などであってもよい。また、上記実施の形態においては、互いに接触する軌道部材接触面および保持器接触面のうち一方に焼付き防止層が形成される場合について説明したが、両方に形成されていてもよい。
【０１０７】
さらに、本願の特許請求の範囲、明細書および要約書において、軌道部材は保持器と接触する軌道部材接触面を含み、保持器は軌道部材と接触する保持器接触面を含む、との表現を採用したが、これは、転がり軸受の運転時において互いに接触し得る状態に配置されることを意味する。
【実施例１】
【０１０８】
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明の転がり軸受を構成する軌道部材と同様の構成を有するサンプルを、上記実施の形態における熱処理方法を用いて実際に作製し、表層部における粒界析出物の発生が抑制されていることを確認する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【０１０９】
まず、０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼であるＡＭＳ規格６２７８（ＡＩＳＩ規格Ｍ５０ＮｉＬ）の鋼材を準備し、これを加工することにより外径φ４０ｍｍ、内径φ３０ｍｍ、厚みｔ１６ｍｍの試験片を作製した。
【０１１０】
次に、この試験片に対し、上記実施の形態において図５に基づいて説明した鋼の熱処理方法を用いた熱処理工程を実施した。ここで、Ｔ１、ｔ１、Ｔ２、ｔ２、Ｔ３、ｔ３、Ｔ４、ｔ４、Ｔ５、ｔ５、Ｔ６およびｔ６は、第３焼戻工程後の試験片の硬度が５８ＨＲＣ以上６５ＨＲＣ以下となるように決定し、Ｔ７は４３０℃、ｔ７は１０時間、Ｔ８は４３０℃、ｔ８は１６０時間とした。また、プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の処理温度Ｔ７が４３０℃となるように、放電電圧を２００Ｖ以上４５０Ｖ以下、放電電流を１Ａ以上５Ａ以下の範囲で制御した。さらに、プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の炉内の圧力が２６７Ｐａ以上４００Ｐａ以下となるように、窒素（Ｎ２）：水素（Ｈ２）＝１：１の割合で炉内にガスを導入した。
【０１１１】
さらに、拡散工程では、窒素雰囲気に調整された雰囲気炉内において試験片が加熱され、試験片の表面における炭素濃度と窒素濃度との和が１．９質量％以下となるように、拡散処理が実施された。以上のように上記実施の形態と同様の熱処理工程が実施された試験片を、本発明の実施例のサンプルとした（実施例Ａ）。
【０１１２】
一方、同様に作製されたＡＭＳ規格６２７８からなる試験片に対し、上記実施の形態において図５に基づいて説明した鋼の熱処理方法から、拡散工程を省略した熱処理工程を実施した。ここで、Ｔ１、ｔ１、Ｔ２、ｔ２、Ｔ３、ｔ３、Ｔ４、ｔ４、Ｔ５、ｔ５、Ｔ６およびｔ６は、第３焼戻工程後の試験片の硬度が５８ＨＲＣ以上６５ＨＲＣ以下となるように決定し、Ｔ７は４８０℃、ｔ７は３０時間とした。また、プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の処理温度Ｔ７が４８０℃となるように、放電電圧を２００Ｖ以上４５０Ｖ以下、放電電流を１Ａ以上５Ａ以下の範囲で制御した。さらに、プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の炉内の圧力が２６７Ｐａ以上４００Ｐａ以下となるように、窒素（Ｎ２）：水素（Ｈ２）：メタン（ＣＨ４）＝７９：８０：１の割合で炉内にガスを導入した。以上の熱処理方法が実施された試験片を、本発明の比較例のサンプルとした（比較例Ａ）。
【０１１３】
そして、上述のように作製された実施例Ａおよび比較例Ａのサンプルを表面に垂直な断面にて切断し、当該断面を研磨した。さらに、研磨された断面を腐食液にて腐食した後、表面を含む一辺１５０μｍの正方形の視野をランダムに５視野観察した。
【０１１４】
次に、実験結果について説明する。図１１は、実施例Ａの表面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。また、図１２は、実施例Ａの表面付近における硬度分布を示す図である。また、図１３は、実施例Ａの表面付近における炭素および窒素の濃度の分布を示す図である。また、図１４は、比較例Ａの表面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。また、図１５は、比較例Ａの表面付近における硬度分布を示す図である。また、図１６は、比較例Ａの表面付近における炭素および窒素の濃度の分布を示す図である。図１１および図１４において、写真上部がサンプルの表面側に該当する。また、図１２および図１５において、横軸は表面からの深さ（距離）、縦軸は硬度（単位はビッカース硬さ）を示している。また、図１３および図１６において、横軸は表面からの深さ（距離）、縦軸は炭素および窒素の濃度を示しており、細線が炭素濃度、太線が窒素濃度を示している。
【０１１５】
図１１を参照して、本発明の実施例Ａのサンプルにおける表層部には、粒界析出物（アスペクト比２以上で、かつ７．５μｍ以上の長さで形成された鉄の窒化物）は観察されず、良好なミクロ組織となっている。また、図１２および図１３を参照して、実施例Ａのサンプルの表面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域は、９５０ＨＶ以上という十分な硬度を有しているとともに、十分な量の窒素が侵入している。そのため、実施例Ａと同様の熱処理を実施した鋼部材の表面に対して研磨などの仕上げ加工を施すことにより、窒素濃度が０．０５質量％以上、炭素濃度と窒素濃度との合計値が０．５５質量％以上１．９質量％以下、厚み０．０５ｍｍ以上、硬度８００ＨＶ以上の窒素富化層が形成されるとともに、当該窒素富化層を顕微鏡にて観察した場合、粒界析出物が一辺１５０μｍの正方形領域５視野内に１個以下である機械部品を製造することができる。
【０１１６】
一方、図１４を参照して、本発明の範囲外である比較例Ａのサンプルにおける表層部には、多数の粒界析出物９０が観察される。また、図１５および図１６を参照して、比較例Ａのサンプルの表面から深さ０．０５ｍｍ以内の領域は、実施例Ａと同様に、９５０ＨＶ以上という十分な硬度を有しているとともに、十分な量の窒素が侵入している。そのため、比較例Ａと同様の熱処理を実施した鋼部材の表面に対して研磨などの仕上げ加工を施しても、高硬度な表層部が形成されているものの、表層部に粒界析出物が残存する機械部品が得られる。このような軸受部品は、上述のように、十分な疲労強度や靭性を有しているとはいえない。
【０１１７】
以上より、上記実施の形態における熱処理方法を採用した軌道部材の製造方法によれば、４質量％以上のクロムを含有する鋼からなるとともに、表層部に窒素富化層が形成されており、かつ疲労強度および靭性が十分に確保された軌道部材を製造可能であることが確認された。
【実施例２】
【０１１８】
以下、本発明の実施例２について説明する。上記実施の形態において説明した熱処理方法の拡散工程における、適切な加熱温度の範囲を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【０１１９】
まず、０．１１質量％以上０．１５質量％以下の炭素と、０．１質量％以上０．２５質量％以下の珪素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下のマンガンと、３．２質量％以上３．６質量％以下のニッケルと、４質量％以上４．２５質量％以下のクロムと、４質量％以上４．５質量％以下のモリブデンと、１．１３質量％以上１．３３質量％以下のバナジウムとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼であるＡＭＳ規格６２７８（ＡＩＳＩ規格Ｍ５０ＮｉＬ）の鋼材を準備し、これを加工することにより外径φ４０ｍｍ、内径φ３０ｍｍ、厚みｔ１６ｍｍの試験片を作製した。
【０１２０】
次に、この試験片に対し、上記実施の形態において図５に基づいて説明した鋼の熱処理方法を用いた熱処理工程のうち、浸炭工程から第３焼戻工程までを上記実施例１の実施例Ａの場合と同様に実施した。そして、当該試験片を４３０℃〜５７０℃の温度に種々の時間保持することにより、拡散工程と同様の工程を実施し、浸炭層の硬度を測定した。より具体的には、試験片の表面からの距離が０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の領域において硬度を９点測定し、そのうちの最低硬度を算出した。さらに、当該測定結果を反応速度論に基づき解析し、拡散工程の各加熱温度における加熱処理時間（拡散時間）と浸炭層の硬度との関係を算出した。
【０１２１】
一方、同様の試験片に浸炭工程から第３焼戻工程までを上記実施例１の実施例Ａの場合と同様に実施した後、実際にプラズマ窒化工程および拡散工程を実施して、試験片の硬度分布を確認する実験も行なった。プラズマ窒化工程においては、プラズマ窒化時の処理温度Ｔ７が４８０℃となるように、放電電圧を２００Ｖ以上４５０Ｖ以下、放電電流を１Ａ以上５Ａ以下の範囲で制御し、１時間保持することによりプラズマ窒化を行なった。さらに、プラズマ窒化工程では、プラズマ窒化時の炉内の圧力が２６７Ｐａ以上４００Ｐａ以下となるように、窒素（Ｎ２）：水素（Ｈ２）＝１：１の割合で炉内にガスを導入した。さらに、プラズマ窒化工程が完了した試験片に対して、４８０℃で５０時間保持する拡散工程を行なった。そして、拡散工程を実施する前後における試験片の表層部における硬度分布を測定した。
【０１２２】
次に、実験の結果について説明する。図１７は、上記反応速度論に基づく解析の結果得られた、拡散工程の各加熱温度における加熱処理時間（拡散時間）と浸炭層の硬度との関係を示す図（アブラミプロット）である。図１７において、横軸は加熱処理時間（拡散時間）、縦軸は浸炭層の硬度を示している。また、図１８は、拡散工程を行なう前の試験片、および４８０℃で５０時間保持する拡散工程を行なった試験片の表層部の硬度分布を示す図である。図１８において、横軸は表面からの深さ（距離）、縦軸は硬度を示している。また、図１８において、菱形は拡散工程を行なう前の試験片、四角形は４８０℃で５０時間保持する拡散工程を行なった試験片の硬度を示している。
【０１２３】
図１７を参照して、試験片の浸炭層の硬度は、拡散温度が高いほど短時間で低下しているが、拡散温度が４８０℃になると、２００時間拡散処理を行なった場合でも硬度の低下幅が５０ＨＶ以下となり、母材の硬度（浸炭層のうちプラズマ窒化による窒素の侵入の影響がない領域における硬度）の低下が表層部の硬度に及ぼす影響が小さくなる。また、拡散温度が４６０℃になると、２００時間拡散処理を行なった場合でも硬度の低下幅が３０ＨＶ以下となり、母材の硬度の低下が表層部の硬度に及ぼす影響が一層小さくなる。さらに、拡散温度が４３０℃になると、２００時間拡散処理を行なった場合でも硬度の低下幅が１０ＨＶ以下となり、母材の硬度の低下は、表層部の硬度にほとんど影響を及ぼさなくなる。
【０１２４】
一方、図１８を参照して、４８０℃で５０時間保持する拡散工程を行なった場合、実際の母材硬度の低下幅は、図１７の解析結果とほぼ一致しており、図１７の解析結果は、実際の熱処理の結果に一致しているものと考えられる。
【０１２５】
以上の実験結果より、拡散工程における加熱温度（拡散温度）は、母材の硬度の低下が表層部の硬度に及ぼす影響を抑制しつつ、鋼に侵入した窒素を所望の領域にまで到達させる観点から、４８０℃以下とする必要があり、４６０℃以下とすることが好ましい。さらに、当該加熱温度を４３０℃以下とすることにより、母材の硬度の低下を表層部の硬度にほとんど影響させることなく、拡散工程を実施することができる。なお、母材の硬度の低下が表層部の硬度に及ぼす影響を抑制する観点からは、拡散工程における加熱温度を一層低くすることが好ましいが、鋼に侵入した窒素を所望の領域にまで到達させるために要する時間が実際の生産工程における許容限度を超えて長くなることを回避するため、当該加熱温度は３００℃以上とすることが好ましい。
【実施例３】
【０１２６】
以下、本発明の実施例３について説明する。上記実施の形態において説明した熱処理方法を用いて転走面を含む領域に窒素富化層を形成し、当該窒素富化層による転がり軸受の耐久性の向上を確認する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【０１２７】
まず、試験軸受の作製方法について説明する。素材としてＡＩＳＩ規格Ｍ５０ＮｉＬを採用し、実施の形態１の場合と同様に図４の工程（Ｓ１０）〜（Ｓ１１０）までのプロセスを実施することにより、転走面に窒素富化層を形成したＪＩＳ規格６２０６型番の内輪、外輪および玉を作製した。そして、当該内輪、外輪および玉を軸受に組立てた（実施例）。一方、比較のため、同様のプロセスにおいて、工程（Ｓ９０）および（Ｓ１００）を省略することにより、転走面に窒素富化層を形成しない内輪、外輪および玉も作製し、ＪＩＳ規格６２０６型番の軸受に組立てた（比較例）。
【０１２８】
次に、試験条件について説明する。上記実施例および比較例の試験軸受に対して、ラジアル方向に６．９ｋＮの荷重を負荷し、アルミナからなる粒径４５μｍ〜１０５μｍの粉末を１Ｌ（リットル）あたり０．４ｇ添加した潤滑油により潤滑する異物混入環境において、２０００ｒｐｍの回転速度で回転させた。そして、転走面に剥離が発生するまでの時間を寿命として記録した。この試験を９個の試験軸受について実施し、その結果を統計的に処理することにより、累積破損確率が１０％となる寿命値（Ｌ１０寿命）を算出した。そして、当該Ｌ１０寿命を、比較例のＬ１０寿命に対する比で評価した。
【０１２９】
次に、試験結果について説明する。図１９は、実施例３におけるＬ１０寿命の調査結果を示す図である。図１９において、縦軸は、比較例に対するＬ１０寿命の比を示している。
【０１３０】
図１９を参照して、同一材料を採用した場合でも、窒素富化層を形成することにより、異物混入環境における寿命が約３０倍となっている。このことから、上記実施の形態１と同様の熱処理方法を用いて窒素富化層を形成することにより、転がり軸受の耐久性の大幅な向上が可能であることが確認された。
【０１３１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明の転がり軸受は、過酷な条件下における耐久性の向上が求められる転がり軸受に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】ターボファンエンジンの構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１における３点接触玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図４】実施の形態１における転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図５】軌道部材作製工程に含まれる熱処理工程の詳細を説明するための図である。
【図６】実施の形態２における円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図７】図６の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図８】実施の形態３における円筒ころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図９】図８の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図１０】実施の形態３における転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図１１】実施例Ａの表面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。
【図１２】実施例Ａの表面付近における硬度分布を示す図である。
【図１３】実施例Ａの表面付近における炭素および窒素の濃度の分布を示す図である。
【図１４】比較例Ａの表面付近におけるミクロ組織の光学顕微鏡写真である。
【図１５】比較例Ａの表面付近における硬度分布を示す図である。
【図１６】比較例Ａの表面付近における炭素および窒素の濃度の分布を示す図である。
【図１７】拡散工程の各加熱温度における加熱処理時間（拡散時間）と浸炭層の硬度との関係を示す図（アブラミプロット）である。
【図１８】拡散工程を行なう前の試験片、および４８０℃で５０時間保持する拡散工程を行なった試験片の表層部の硬度分布を示す図である。
【図１９】実施例３におけるＬ１０寿命の調査結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１３４】
１  ３点接触玉軸受、２，３  円筒ころ軸受、１１，２１，３１  外輪、１１Ａ，２１Ａ，３１Ａ  外輪転走面、１１Ｂ，２１Ｂ，３１Ｂ  外輪窒素富化層、１１Ｄ，２１Ｄ  外輪接触面、１１Ｅ  ＤＬＣコーティング層、１２，２２，３２  内輪、１２Ａ，２２Ａ，３２Ａ  内輪転走面、１２Ｂ，２２Ｂ，３２Ｂ  内輪窒素富化層、１３  玉、１３Ａ  玉転走面、１４，２４，３４  保持器、１４Ｄ，２４Ｄ，３４Ｄ  保持器接触面、２１Ｅ  樹脂リング、２３，３３  ころ、２３Ａ，３３Ａ  ころ転走面、３２Ｄ  内輪接触面、３４Ｅ  樹脂コーティング層、７０  ターボファンエンジン、７１  圧縮部、７２  燃焼部、７３  タービン部、７４  低圧主軸、７５  ファン、７５Ａ  ファンブレード、７６  ファンナセル、７７  高圧主軸、７８  コアカウル、７９  バイパス流路、８１  コンプレッサ、８１Ａ  低圧コンプレッサ、８１Ｂ  高圧コンプレッサ、８２  燃焼室、８３  タービン、８３Ａ  低圧タービン、８３Ｂ  高圧タービン、８４  タービンノズル、８７  タービンブレード、８８  コンプレッサブレード、８９  転がり軸受、９０  粒界析出物、１２１  第１内輪、１２１Ａ  第１内輪転走面、１２２  第２内輪、１２２Ａ  第２内輪転走面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１１】
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【図１４】
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